TD affichage 7 segments corrigé V1

Série S option : Science de l’Ingénieur
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Mot de passe : à demander au professeur
Problème technique : Analyser le fonctionnement de l’affichage alphanumérique.
Mise en situation
La communication avec l’utilisateur se fait par un affichage numérique.
1-Identifier les 2 principaux types d’affichage pour des caractères alphanumériques utilisés
dont un qui va être étudié dans ce TD Pour vous aider, utiliser Internet (et compléter DR1).
Principe de fonctionnement
L’afficheur est associé à un décodeur spécifique au code à visualiser
e1
e2
e3
e4
L’afficheur numérique est constitué de 7 segments à Leds, repérés « a » à « g ».
4 entrées e1,e2,e3 et e4 permettent le codage du digit à afficher en binaire (code BCD).
Le décodeur permet de commander les segments en fonction du digit à afficher.
DIGITs à afficher
Dossier élève
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2-Compléter la table de vérité sur DR1.
3-Ecrire les équations de chaque segment
e2. e4 +
e1. e3 + e2.e3 + e1.e3. e4 +
sur DR1 tel le segment suivant :
e2. e3.e4
a
…
4-A l’aide d’Automgen, concevoir un décodeur BCD/7 segments qui a pour fonction de piloter l’affichage
d’un chiffre décimal codé en binaire.
Le programme des segments sera codé sous forme d’équation logique pour chaque segment
Entrées code binaire
(BCD)
Adresse
Automgen
e1
i0
e2
i1
e3
i2
e4
i3
Sortie (segments)
Adresse
Automgen
a
O0
b
O1
c
O2
d
O3
e
O4
f
O5
g
O6
Ouvrir un nouveau folio.
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4.1-Dans un 1er temps, saisir votre programme tout en équation logique.
Enregistrer le sous AFF vos noms .agn.
Compiler le programme en définissant le fichier des symboles.
A l’aide d’Iris dans l’arborescence,
Ajouter un objet qui sera un afficheur 7 segments avec le clic droit de la souris dans les objets SI :
choisir importer IRIS 2D et sélectionner AAF.AOF dans le dossier TD_affichage. Le récupérer sur clé
USB.
Simuler votre programme. Appliquer le code BCD sur les boutons e1, e2, e3 et e4 pour commander
l'afficheur.
Copier le programme et coller le dans votre compte rendu.
Nouveau problème : vous disposez d’afficheurs à 7 segments.
Afficheurs 7 segments à Diodes Électroluminescentes
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5-Relever dans la documentation constructeur les principales caractéristiques d'un segment (courant
maximum IF et tension de seuil nominale VF) et compléter DR1.
Sur un montage électronique est utilisé un décodeur BCD/7 segments pour l’affichage d’un nombre.
Le décodeur BCD/7 segments est alimenté avec une tension continue Vcc=5V.
6- Déterminer l’intensité du courant sortant du décodeur BCD/7 segments et traversant un segment
de l’afficheur numérique de tension directe VF=2V. Voir exemple ci-dessous.
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Remarque : Les sorties du décodeur BCD/7 segments est de type pull-up, c’est à dire une sortie avec
résistance dite de tirage limitant l’intensité du courant dans le segment connecté. Exemple pour une
sortie du décodeur :
Ce composant appelé transistor fonctionne comme un interrupteur (ouvert ou fermé).Voir
ressource.
Pour votre calcul, le transistor sera considéré comme
ouvert et le courant qui sort de Vcc traverse la résistance
de 2kΩ et le segment auquel la sortie du transistor est
branchée.
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Schéma électronique équivalent si l’interrupteur est ouvert :
7- Indiquer en rouge la circulation du courant sur le schéma.
Simulation sous Isis
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7
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DR1
1-Identification des différents afficheurs utilisés
Affichage numérique : 7 segments (voir 8 pour le point) ou LCD (cristaux liquides)
2-Table de vérité à compléter
Code
héxadécimale
Segments
Code
e4(23) e3(22) e2(21) e1(20)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
A
B
C
D
E
F
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
1
1
a
b
c
d
e
f
g
1
0
1
1
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
0
0
1
1
1
1
0
0
1
0
0
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
0
0
1
0
1
1
1
1
1
0
1
1
0
1
1
1
1
0
1
0
1
0
0
0
1
0
1
0
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
3-Equation logique de chaque segment
a = (e2./e4) + (/e1./e3) + (e2.e3) + (e1.e3./e4) + (/e2./e3.e4)
b = (/e3./e4)+(/e3./e1)+(e1./e2.e4)+(e1./e4.e2)+(/e1./e2./e4)
c = (e3./e4) + (/e3.e4) + (/e2./e4) + (e1./e4) + (e1./e2)
d = (/e2.e4) + (e2./e3./e4) + (/e1.e2.e3) + (/e1./e3./e4) + (e1./e3.e4) + (e1./e2.e3)
e = (e3.e4) + (/e1./e3) + (e2.e4) + (/e1.e2)
f = (/e3.e4) + (e2.e4) + (/e2.e3./e4) + (/e1.e3./e4) + (/e1./e2./e4)
g = e4 + (e2./e3) + (/e2.e3) + (/e1.e3)
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Equation logique sous Automgen
e2. e4 +
e1. e3 + e2.e3 + e1.e3. e4 +
e2. e3.e4
a
( e3. e4)+( e3. e1)+(e1. e2.e4)+(e1. e4.e2)+( e1. e2. e4)
b
e3. e4 +
c
e3.e4 +
e2. e4 + e1. e4 + e1. e2
e2.e4 + e2. e3. e4 +
e1.e2.e3 +
e1. e3. e4 + e1. e3.e4 + e1. e2.e3
d
(e3.e4) + ( e1. e3) + (e2.e4) + ( e1.e2)
e
( e3.e4 + e2.e4) + ( e2.e3. e4) + ( e1.e3. e4) + ( e1. e2. e4)
f
e4 + (e2. e3) + ( e2.e3) + ( e1.e3)
g
5 - Principales caractéristiques d'un segment
Courant maximal IF
Tension nominale VF
6 - Calcul de IF
Loi des mailles
VALIM-VR1-VD1=0
Loi d’Ohm
VR1= R1* IF
D’où IF= (VALIM-VD1)/R1
A.N. : IF= (5-2)/2*103 = 1,5 mA
Utilisation de Logicalc
Segment « a »
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Segment « b »
Problème avec logical !
Il faut simplifier à la main !!!
Segment « c »
Segment « d »
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Segment « e »
Segment « f »
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Segment « g »
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Ressources
Le Décimal Codé en Binaire (DCB ou BCD en anglais)
Si vous achetez un voltmètre numérique (10€ en supermarché), la valeur mesurée est transmise à l'afficheur en
numérique. Mais elle est auparavant transformée en décimal, chaque chiffre décimal est transmis à un afficheur
en binaire naturel (sur 4 bits). C'est le BCD : la juxtaposition des valeurs binaires (sur quatre bits) des chiffres
décimaux. Donc 583d se notera 0101 1000 0011bcd. Cette codification pose deux problèmes principaux :
un certain nombre de combinaisons ne sont pas utilisées (celles qui correspondent à A à F en hexa). Sur 8 bits on
représente les nombres de 0 à 99 au lieu de 0 à 255 en binaire. Sur 16 bits, on se limite à 9999 au lieu de 65535...
les calculs sont compliqués : rien que pour faire un programme d'incrémentation (ajouter 1), il faut ajouter 1 aux
4 bits de droite, si on obtient 1010 (10d), on les remplace par 0000 et on ajoute 1 aux quatre bits suivants
(dizaines), sans oublier de vérifier si l'on ne passe pas à la centaine suivante...
Dès qu'il y a des calculs à effectuer, les systèmes numériques traduisent les nombres BCD en binaire dès leur
acquisition, les résultats seront transformés en BCD au moment de leur sortie. On peut remarquer que pour
transformer un nombre binaire en décimal (bcd), l'ordinateur est obligé de faire des divisions successives par
1010 (10 en binaire) .
Transistor bipolaire : présentation
Le transistor bipolaire est un composant possédant trois pattes. C'est un composant actif contrairement aux
résistances, inductances etc.
Pour le transitor NPN, son symbole est le suivant:
B est la base, C le collecteur et E l'émetteur.
L'intensité Ic du collecteur est égale à béta x Ib: Ic est le courant qui circule dans le collecteur et Ib est le courant
de base. Ic=β Ib
Béta, β est le gain en courant.
Une utilisation de ce transistor est la commutation: dans ce cas on place la charge entre l'alimentation et le
collecteur. En appliquant un courant de base on modifiera le passage du courant dans la charge.
C'est-à-dire le courant circule dans la charge (une DEL ou un segment par exemple) ou ne circule pas.
Le transistor est commandé en courant sur sa base pour commuter en laissant passer ou pas le courant. Imaginer
un robinet, la base correspond à la tête de commande du robinet.
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Dossier ressource Afficheurs
1.
Principe de l'affichage
2.
Diode électroluminescente (DEL)
3.
Affichage sept segments à DEL
Principe de l'affichage
Pour utiliser un afficheur 7 segments il est nécessaire de disposer d'un décodeur qui traduit le code BCD en code
d'allumage des segments de l'afficheur.
Diode électroluminescente DEL (Light Emitting Diode : LED)
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Afficheurs sept segments à diodes électroluminescentes
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